雙側(cè)沉管在長(zhǎng)輸管線沙漠地段施工中的應(yīng)用與力學(xué)分析

司騰飛

摘 要：圖克原水管線工程全線位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗境內(nèi)，管道全線位于毛烏素沙漠，沿途沙漠地帶較多，堆積有大量的沙丘，沙土地承載力低，給管溝開挖和下管造成很大的困難。經(jīng)過試驗(yàn)論證，項(xiàng)目部決定使用雙側(cè)沉管法對(duì)管線進(jìn)行施工。采用雙側(cè)沉管法施工成功解決了在沙漠地段管溝開挖成型差和不易大型機(jī)械作業(yè)的難題，而且施工方法簡(jiǎn)單、易操作、施工快、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、作業(yè)流水性好等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：雙側(cè)沉管；長(zhǎng)輸管道；沙漠；成本低

1 長(zhǎng)輸管道雙側(cè)沉降的施工方法的確定

根據(jù)管道下溝方法的可分為大開挖法施工、單側(cè)沉管法施工及雙側(cè)沉管施工三種。圖克原水管線途徑毛烏素沙漠腹部，地下水位較高、管溝土質(zhì)較差、塌方較厲害、成型困難，途徑牧區(qū)征地比較緊張（只有20米征地）臨時(shí)征地費(fèi)用較高。如果采用大開挖吊管施工超占征地面積嚴(yán)重、土方工程量大、影響牧民出行易造成附件牧民阻工現(xiàn)象，成本巨大，且現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件不適宜大型吊管機(jī)作業(yè)；如果采用挖掘機(jī)單側(cè)沉管法施工，下溝速度較快，不需要吊管機(jī)吊管下溝、一般不會(huì)超過20米征地線，大大減少了意外開支，但是需要挖掘機(jī)連續(xù)不斷作業(yè)；如果采用雙側(cè)沉管施工，只需兩臺(tái)挖掘機(jī)協(xié)調(diào)作業(yè)，超占征地較少，且不需要機(jī)械連續(xù)不斷作業(yè)，該施工方法簡(jiǎn)單、進(jìn)度快、節(jié)約成本，所以決定采用雙側(cè)沉管法施工。

2 雙側(cè)沉管下溝可行性分析

1）采用雙側(cè)沉管下溝，將會(huì)節(jié)約大量的設(shè)備和人工使用量，尤其對(duì)于冬季施工，為保證工地的順利進(jìn)展起到?jīng)Q定性的作用。

2）管道全線大約47公里，牧區(qū)道路較多。管溝開挖后要求立即進(jìn)行回填，否則將對(duì)當(dāng)?shù)啬撩竦某鲂屑澳撩穹拍猎斐捎绊憽Ｈ舨扇〕凉芟聹?，此問題的影響將減至最小。

3）進(jìn)入冬季施工，管溝開挖后如不及時(shí)回填，將會(huì)造成挖出土方上凍；同時(shí)地下水位高的地段將會(huì)溝底結(jié)冰，對(duì)后續(xù)施工造成極大困難

3 雙側(cè)沉管力學(xué)可行性計(jì)算

3.1 建立沉管施工的受力模型

管道下溝的示意圖見附圖一，其受力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為受均布荷載的超靜定梁模型（附圖二）。

即開挖最大深度4.23m，開挖深度不超過4.23m鋼管就處于安全狀態(tài)，建議開挖深度不超過3.5m。

4 雙側(cè)沉管應(yīng)用

4.1 雙側(cè)沉管施工工序

施工準(zhǔn)備——管溝中線確定——管道位置調(diào)正——開挖管溝——管道埋深驗(yàn)收——回填、地貌恢復(fù)

管道下溝前管道的焊接、無損檢測(cè)已完成，并檢查合格；防腐補(bǔ)口、補(bǔ)傷已完成，經(jīng)檢查合格；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理及業(yè)主對(duì)將沉管下溝段檢查確認(rèn)同意。

4.2 雙側(cè)沉管開挖演示

演示前要召集相關(guān)施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)。操作時(shí)，需要技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)作業(yè)。

雙側(cè)沉管管道應(yīng)位于管溝中心線，挖掘機(jī)履帶板距管壁距離為1m，即貼近管道支墩外側(cè)，確保挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)不至于碰傷管壁，倒土位置可根據(jù)施工作業(yè)帶地形和寬度確定，開挖起頭要超過管端不少于2m為宜。

開挖尺寸深度偏差至少要滿足+50mm，-100mm為宜，管頂埋深要符合設(shè)計(jì)要求。土質(zhì)松軟地段，為了保證管頂覆土埋深，避免過程中因塌方墊層產(chǎn)生的溝底偏淺，因此，在沉管開挖時(shí)，要適當(dāng)加深，并為塌方墊層留有余量。

4.3 試驗(yàn)段驗(yàn)收

管溝開挖試驗(yàn)段長(zhǎng)為200m，檢查管道置于溝底的深度、鋼管平直度、管道中心線偏離誤差。工程技術(shù)人員對(duì)本工藝的可操作性進(jìn)行評(píng)估，確認(rèn)操作工藝可行后，方可進(jìn)行作業(yè)面大面積施工。

4.4 沉管開挖

正式沉管開挖之前，技術(shù)人員對(duì)作業(yè)人員提出技術(shù)要求及安全注意事項(xiàng)。

進(jìn)入正式沉管作業(yè)施工時(shí)，設(shè)備、人員要配備齊全，開挖操作手技術(shù)熟練。為了防止開挖過程中防腐層的損壞，除了對(duì)操作手有嚴(yán)格的技術(shù)要求之外，還要派質(zhì)檢人員在沉管前后分別進(jìn)行電火花檢漏。

沉管下溝前，應(yīng)該提前通報(bào)監(jiān)理工程師到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全程旁站監(jiān)督。管道下溝前， 在管道上標(biāo)注設(shè)計(jì)開挖深度，以保證管線在開挖過程中的埋設(shè)深度。沉管下溝時(shí)，派安全員監(jiān)督整個(gè)沉管過程，確保在沉管過程中非施工人員不進(jìn)入作業(yè)區(qū)，以防發(fā)生意外。

管道沉管下溝作業(yè)時(shí)，應(yīng)由專人統(tǒng)一指揮，由各個(gè)工種共同配合完成沉管作業(yè)。

在管道兩側(cè)對(duì)稱布置兩臺(tái)挖掘機(jī)。為防止損壞管道防腐層，可在斗鏟附近的管段上鋪墊膠皮，并在膠皮下部設(shè)置勾環(huán)，拖動(dòng)膠皮能夠及時(shí)對(duì)挖掘機(jī)開挖附近的防腐層進(jìn)行防護(hù)，然后從管道的一端開始倒退挖溝。挖溝時(shí)兩側(cè)挖掘機(jī)前后同時(shí)作業(yè)，呈八字形開挖。通過開挖管溝，管頭可以依靠管道自身重量自然、逐步沉降至管溝底部，將管端擺到管溝中心線位置，之后隨著管溝的開挖管溝的延長(zhǎng)，管道全部沉入管溝，完成沉管施工。

開挖時(shí)，挖掘機(jī)的斗鏟在距離管道300mm處應(yīng)緩慢入土開挖，操作動(dòng)作不得過大，要做到慢落慢起，確保斗鏟不接觸管道。沉管作業(yè)時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)有管道外防腐層被碰傷，立刻進(jìn)行補(bǔ)傷并再次電火花檢測(cè)。

4.5 沉管作業(yè)注意事項(xiàng)

挖掘機(jī)應(yīng)嚴(yán)格注意防腐層的保護(hù)，斗鏟離管道應(yīng)有一定安全距離，同時(shí)旋轉(zhuǎn)角度不宜過大，防止旋轉(zhuǎn)時(shí)碰傷防腐層。

挖方時(shí)應(yīng)采取先上層再下層的順序，開挖處管溝斷面應(yīng)呈緩坡狀，防止管溝附近積土層突然塌落造成事故。

在地下水位較高的地段，管道下溝后如不及時(shí)穩(wěn)管，因地下水的涌出可能出現(xiàn)漂管現(xiàn)象，所以在鋼管落至溝底后，要及時(shí)穩(wěn)管，每隔兩根管的距離大回填一段管道，做到隨挖隨填，防止漂管，同時(shí)回填工作宜緊跟其后進(jìn)行。或者用素土編織袋進(jìn)行穩(wěn)管，間隔一定距離碼一垛，做到隨挖隨碼，防止漂管。

5 結(jié)論

通過雙側(cè)沉管法在圖克原水管線工程在毛烏素沙漠在中的具體應(yīng)用情況來看，在沙漠地帶采用雙側(cè)沉管法進(jìn)行施工可行的，而且施工方法簡(jiǎn)單、易操作、施工快、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、作業(yè)流水性好等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宮洪雷.長(zhǎng)輸管道沉管下溝的力學(xué)分析及施工工法.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.

[2] 張力.單側(cè)沉管在沙漠地段長(zhǎng)輸管道施工中的應(yīng)用.天然氣與石油.